我們的大部分細(xì)胞都含有不能移動的初級纖毛（primarycilium），即一類用于傳遞來自周圍環(huán)境的信息的天線。一些細(xì)胞還具有許多用于產(chǎn)生運動的移動性纖毛。纖毛的“骨架”由二聯(lián)微管（microtubuledoublet）組成。纖毛在組裝或功能上的缺陷可引起稱為纖毛?。╟iliopathy）的各種病癥。

如今，在一項新的研究中，來自瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)（UNIGE）的研究人員開發(fā)出一種能夠形成二聯(lián)微管的體外系統(tǒng)，并揭示了它們進行組裝的機制和動態(tài)變化。他們的研究揭示出微管蛋白在阻止纖毛結(jié)構(gòu)不受控制形成中起著至關(guān)重要的作用。這種方法使得發(fā)現(xiàn)和利用人細(xì)胞的纖毛和病原體的纖毛之間的潛在差異成為可能，從而有助于開發(fā)出新的療法。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2019年1月的Science期刊上，論文標(biāo)題為“FlagellarmicrotubuledoubletassemblyinvitrorevealsaregulatoryroleoftubulinC-terminaltails”。

由于存在不能移動的初級纖毛，細(xì)胞能夠感知許多光信號、機械化學(xué)信號或生物信號。許多稱為鞭毛的移動性纖毛，也可能存在于某些細(xì)胞中。它們能夠產(chǎn)生運動，比如讓胚胎從輸卵管移動到子宮，將粘液排出到氣道，或者讓精子游動。纖毛在組裝或功能上的缺陷可導(dǎo)致纖毛病。纖毛病是一組疾病的總稱，包括腦畸形、視網(wǎng)膜或生育障礙、腎臟或肝臟疾病、復(fù)發(fā)性呼吸道感染和骨骼異常。

將支架安裝在試管中

纖毛的底部有兩個中心粒，其中中心粒是由微管形成的細(xì)胞器，此外微管也是細(xì)胞骨架的組成部分。中心粒是形成纖毛的起點，而纖毛由9個二聯(lián)微管組成。論文共同通訊作者、日內(nèi)瓦大學(xué)理學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)系教授PaulGuichard博士解釋道，“二聯(lián)微管是形成纖毛和纖毛發(fā)揮功能的一種至關(guān)重要的結(jié)構(gòu)，但是迄今為止，它的組裝是未知的。”由PaulGuichard和VirginieHamel組成的一個研究團隊開發(fā)出一種能夠形成二聯(lián)微管的體外系統(tǒng)。這些研究人員還與來自法國奧賽居里研究所和捷克布拉格生物技術(shù)研究所的研究人員合作，采用了先進的顯微技術(shù)和建模技術(shù)。

首先，中心粒通過組裝微管蛋白而形成9個微管。二聯(lián)微管隨后在每個微管的表面上形成。VirginieHamel解釋道，“我們觀察到二聯(lián)微管的形成受到微管蛋白本身的調(diào)節(jié)，這是因為移除它的一個末端導(dǎo)致在這個位置上形成二聯(lián)微管。這種效應(yīng)很可能阻止二聯(lián)微管在除纖毛之外的其他位置上不受控制的形成，從而確保它發(fā)揮最佳的功能。”通過使用先進的顯微鏡拍攝這一現(xiàn)象，這些研究人員也首次發(fā)現(xiàn)第二個微管通過添加微管蛋白在兩個相反的方向上進行組裝。

抑制寄生蟲運動

纖毛或鞭毛的軸也起著“軌道”的作用，在實際的分子馬達的推動下，將一系列分子從這種細(xì)胞器的一端移動到另一端。這些運輸對于細(xì)胞器的所有功能都是必需的。PaulGuichard總結(jié)道，“我們?nèi)缃裣胍l(fā)現(xiàn)某些寄生蟲（如瘧原蟲）的纖毛或鞭毛與人類對應(yīng)物在組裝和功能上是否存在任何差異。這些差異因此可能成為僅影響病原體的治療靶標(biāo)。”